第二章 重力坝
第一节 概述
一、重力坝的结构特征与工作特点
重力坝基本形状呈三角形，上游面铅直或稍倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后依靠自重维持稳定，故称重力坝。在平面上，坝轴线（坝顶上游边缘线）一般为直线，有时为避开不利的地形地质条件或枢纽布置等原因，也可为折线或曲率不大的拱向上游的曲线。沿坝轴线坝体用横缝分成若干独立坝段，每一坝段为固结于地基上的悬臂梁，见图2-1。筑坝材料为混凝土或浆砌石，抗冲能力强，因此重力坝可做成非溢流的，也可做成溢流和坝身设有泄水孔的。图2-2是我国洛河上的故县水库工程布置及重力坝剖面图。
图2-1 重力坝的布置
1—溢流坝段；2—非溢流坝段；3—横缝
基于上述结构特征，重力坝具有如下一些工作特点：
（1）由于筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶、渗漏、冲刷、地震破坏等的能力强，因而失事率低，工作安全可靠。
（2）对地质、地形条件适应性强。由于坝底压应力不高，对地质条件要求较低，一般建于岩基上，当坝高不大时，甚至可以修建于土基上；从地形上看，任何形状的河谷都可建重力坝。
（3）由于重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，故一般不需另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。工程分二期施工时，可利用坝体导流，不需另设导流隧洞。
（4）结构作用明确。由于横缝将重力坝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，空间结构可简化为平面问题分析，应力分析和稳定计算都较简单。
（5）施工方便。坝体为大体积混凝土，可采用机械化施工，放样、立模和混凝土浇捣都较简便。
（6）由于坝体剖面尺寸往往由稳定和坝体拉应力强度条件控制而做得较大，材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥。且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利。
（7）因坝体体积较大，施工期混凝土温度收缩应力也较大，为防止发生温度裂缝，施工时对混凝土温度控制的要求较高。
图2-2 故县水库工程布置及重力坝剖面（单位：m）
1—非溢流坝段；2—溢流坝段；3—水电站厂房；4—灌溉发电洞；5一渠首电站；
6—泄洪排砂底孔；7—导流洞；8—斜坡升船机（二期工程）；9—电梯房
二、重力坝的类型
（1）按坝体高度分。重力坝可分为高坝（坝高H＞70m）、中坝（H＝30～70m）和低坝（H＜30m），H为坝基最低面（局部深槽等除外）至坝顶路面的高差。
（2）按筑坝材料分。重力坝分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
（3）按剖面型式分。重力坝可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力锚固重力坝等。
（4）按泄水条件分。一座重力坝可分为溢流坝段、非溢流坝段（或称挡水坝段）、底孔坝段和电站引水坝段等。
三、重力坝设计内容
重力坝主要设计内容包括：
（1）剖面设计。包括非溢流坝段、溢流坝段和底孔坝段等的剖面设计。一般是参照已建类似工程，考虑运用和构造要求，初步拟定断面尺寸和型式。
（2）稳定分析。验算坝体沿地基面或地基中软弱结构面抗滑稳定的安全度，保证坝体不致沿上述结构面滑动。
（3）应力分析。验算坝体和坝基应力是否满足安全要求，保证坝体与坝基有足够的强度。
（4）构造设计。根据施工、运用要求确定坝体细部构造，如廊道系统、排水系统、分缝等。
（5）地基处理。根据地质条件和受力情况，进行地基的防渗、排水、加固、断层软弱带的处理等。